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影響數控凸輪軸磨削加工精度的因素研究
2014-9-10  來源:齊齊哈爾二(èr)機床集團  作者:牛永才

      0 引言

   

      近幾年,我國汽車工業得到了飛速發展,對發動(dòng)機及其零部件(jiàn)的性能和技(jì)術水平也提出了較高的要求。從根本上提高零部件的質量和生產效率也成為(wéi)了各個汽(qì)車工業企業所麵臨的一項重大課題。由於凸輪軸本身具(jù)有形狀複雜、剛性差以及加工精度要求高等特點,在分析影響數控凸輪軸磨削加工精度若幹因素的基礎上,研究數控凸輪軸(zhóu)磨削加(jiā)工的新工藝和新(xīn)方法對提高凸輪軸的整體質量具有(yǒu)重要意義。

   

      1 影響數控凸輪軸磨削(xuē)加工精度的若幹因素

   

      在數控凸輪軸磨削加工的過程中,能夠對其精度產生(shēng)影響的因素有很多,本文主要對兩(liǎng)個最具有代表性的因素進行分析,分別是機械傳動係統和伺服係統參數。

   

      1)伺服係統參數對凸輪(lún)軸數控磨削的影響。

   

      伺服係統參數對凸(tū)輪軸數控磨削的影響主要是由伺服係統的性能決定的,主要包括最高移動速度、跟蹤精(jīng)度以及定位(wèi)精度等。國內目(mù)前伺服係統的類型主要可以分為4 種,即(jí)開(kāi)環位置伺服係統、半閉環(huán)位置伺服係(xì)統、全閉環位置伺服係統和混(hún)合閉環位置伺服係統。根據目前的應用情況,半(bàn)閉環位置伺服係統的應用是最(zuì)為廣泛的。主要是因為該類型的(de)伺(sì)服係統的機械與電氣自動控製部分是相對獨立的,在使用的過程中,不會受到間隙、摩擦等(děng)非線(xiàn)性因(yīn)素的影響。該係統相對於其他係統來說,不僅能夠滿足對凸輪軸加工精度的要求,而且成本較低。

   

      2)機械傳動係統(tǒng)對(duì)磨削加工精度的影響。

   

      在對凸輪軸進行磨削(xuē)加工(gōng)的時候,確保其輪廓的精(jīng)度(dù)是非常重要的。一般(bān)來說,除了伺服係統的性能之外,機械(xiè)傳動係統也是(shì)非常重要的一(yī)項影響因素。如果機械(xiè)傳動部分(fèn)不在伺服係(xì)統的(de)控製範圍內,機械傳動部分就會產生誤差,影響凸輪軸的加工精度(dù)。除(chú)此之外,機械傳動係統本身的質量、剛度、間隙以及爬行等,也會在一定(dìng)程度上影響到凸輪軸的加工精度,因此,為了能夠進一步(bù)提高凸(tū)輪軸的加(jiā)工質量,工作人員必須根據其實際需求進行建模、分析和仿真,以此(cǐ)來找出(chū)導致加工(gōng)精度下降的根(gēn)本原因,在此基礎上采取(qǔ)合理(lǐ)的優化措施(shī)。

   

      2 提高凸輪軸磨削加工精度的措施

   

      根據上文對影響數控凸輪軸磨削(xuē)加工精度若幹因素(sù)的分析,工作人員(yuán)根據凸輪軸加工精度的需求,可以采取(qǔ)以下措施來提高(gāo)凸輪軸磨削的加工精度。

   

      1)係統(tǒng)誤差預測建模與補償。為了進一步提高凸輪軸的(de)加工精度,減少由於機械傳動係統所導致的誤差,建立相應的數學模型與補償是(shì)不容忽視的。通常情況下,構成機械(xiè)傳動係統數學模型主要包括兩個(gè)部分,即砂輪架係(xì)統(tǒng)和工件旋轉軸。其中,砂輪架係統根據需求不同可(kě)以設置為(wéi)不同的形式,如齒輪齒條副、絲杠螺母副以及蝸輪蝸杆副等。在對該部分模(mó)型進行建立的時(shí)候需要進行必要的折算,將複雜的傳動係(xì)統加以等價簡化。砂輪架機(jī)械的具(jù)體結構圖如圖1 所示。 

   

                                

   

      其次,對於機械傳(chuán)動係統數學模型的構建(jiàn)還需要考慮間隙、爬行等因素對凸輪軸磨削加工精度所(suǒ)造成的(de)影響,並在此基礎上進行實驗、仿真(zhēn)和分析。在凸輪軸(zhóu)加工過(guò)程中,最常見的問題就是凸輪軸的多棱邊現象。為了能夠將該問題有效解決,首先要對機械傳(chuán)動係統結構的(de)間隙進行測量,每次給(gěi)伺服電機輸(shū)入兩個脈衝,觀(guān)測光柵尺的輸出;其次要(yào)對砂輪架的動態特性進行實驗,然後(hòu)觀察具體的實驗結果(guǒ)。從(cóng)對實驗結果的分析,實驗人員發現,導致凸輪軸出現多棱邊現象的根本原因,並不是間隙和爬行(háng)因素造成的。根本原因在於砂輪架的機械傳動係統的動態特性,此外還有一部分原因(yīn)是由於伺服係統所(suǒ)造成的。工作(zuò)人員在對凸輪軸(zhóu)進行加工的時候(hòu),可以在提高傳動元件製造及安裝精度的基礎上,采取間隙補償措施來減小該因素對磨削加工精度所造成的影響。同時對輸入曲線進(jìn)行優化,彌補當前係(xì)統某些特性的不足。

   

      2)對伺(sì)服(fú)係統參數(shù)的優化措施。對伺服係統參數進行優化,首先要確保係統精(jīng)度能夠滿足凸輪(lún)軸加工精度的需求,這就(jiù)必須對係統進行必要的校正。應用於伺服係統校正的方法有很多,應用最廣泛的就(jiù)是PID 校正,這(zhè)種校正方法(fǎ)不僅能夠實現一個難點的PID 參(cān)數的精確調整(zhěng),而且(qiě)還能夠從根本上提高凸輪軸的磨削質量。其次,還要(yào)根據實際需求對伺服係(xì)統進行分(fèn)析、建模。在建(jiàn)模過程中,能(néng)夠對係統特性產生影響的因素有很多,必須對(duì)其加以仔細考慮。一方麵(miàn),要確保(bǎo)模型的(de)建(jiàn)立能夠將控製係統的實際動(dòng)態特性準確反映出來;另一方麵,為了(le)進一步方便對模型進行(háng)控製設(shè)計,在對數學模型進行(háng)設計的(de)時候,要盡可能將其簡化,在確保準確性的前(qián)提下,可以進行一些必要的近似處理,允許忽略一些對係統影響較小(xiǎo)的物理過程。隻有這樣,才能(néng)夠(gòu)從根本上(shàng)對伺服係統的參(cān)數進行優化,提高凸輪軸加工的精度。

   

      3 結語

   

      綜上所述,隨著我國現代汽車工業(yè)的飛速發展,凸輪軸作為汽(qì)車發動機和其他內燃機的重要零件(jiàn),其加工質量必然會得到越來越高(gāo)的重視(shì)。為了確保其質量能夠(gòu)滿足現代汽車工業發展的需求,在未來的時間裏,相(xiàng)關工作人員必須對(duì)影響數控凸輪(lún)軸磨削加工精度的若幹因素進行(háng)全麵係統的了解(jiě),並(bìng)在此基礎上采取合理的措施對其加工方法進行優化,以此來更(gèng)好地提高零件加(jiā)工(gōng)的質(zhì)量。 

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